[첨가제] MoS2 첨가제에 대한 설명.

현재 많이 사용되는 엔진첨가제의 성분 가운데 고형물질은 MOS2, 세라믹, ZDDP, WS2입니다. 그 가운데 MoS2에 대해 주관적인 요소를 가능한 제외하고 연구, 논문을 토대로 과연 적합한 첨가제인지 알아보겠습니다.

우선 MOS2에 대해서 간략하게 설명하겠습니다.(보다 깊은 화학적 내용은 위키디피아를 참조하시길 바랍니다.)

몰리브덴 디설파이드 (Molybdenum Disulfide, Moly)는 미끄러지기 쉬우며 금속 부품에 보호 코팅을 형성하기 때문에 수십 년 동안 윤활 페이스트와 그리스에 사용되었습니다.

미세한 육각형 결정 platelets으로서의 몰리가 존재합니다. 몇몇 분자가 이들 platelets 중 하나를 구성합니다. 몰리의 단일 분자는 2 개의 황 원자 및 1 개의 몰리브덴 원자를 함유합니다. 몰리 platelets은 금속 표면에 끌립니다. 이러한 마찰력과 움직이는 엔진 부품이 서로를 문지르는 힘은 Moly가 모든 엔진 부품에 갑옷과 같은 겹치는 보호코팅을 형성하는데 필요한 열화학 반응을 제공합니다. 이 보호코팅에는 엔진에 매우 유용한 여러 가지 속성이 있습니다.

엔진 표면의 보호 층을 구성하는 몰리 platelets은 서로 매우 쉽게 미끄러집니다. 금속에 금속을 문지르는 대신 금속 엔진 부품을 보호하고 윤활하는 Moly platelets이 서로 움직입니다.

이 코팅은 모든 엔진 부품의 표면을 덮고 있는 미세한 흠집을 효과적으로 채워 주어 매끄럽게 만듭니다.(이견 존재) 이 특징은 연소실에 효과적인 밀봉을 제공하는 데 중요합니다. Moly는 이 실링을 개선하여보다 효율적인 연소 및 엔진 성능을 제공합니다.

이 Moly 코팅은 하중(수직)에 대한 보호 기능도 제공합니다. 이 힘은 베어링과 리프터에서 발생합니다. 이 움직이는 부분 사이에서 발생하는 고압은 정상적인 윤활유를 짜내는(밀어내는) 경향이 있습니다.

결국 금속과 금속이 접촉하여 움직이는 부분이 손상되고 많은 양의 열이 발생합니다. 일부 하이엔드급 윤활유에서는 그렇지 않습니다. 이러한 움직이는 표면에 형성되는 몰리 층은 압착하지 않고도 500,000 psi의 압력을 견딜 수 있습니다.

엔지니어와 과학자들은 수년간 Moly를 엔진오일 등에 사용하려고 시도했지만 Moly를 현탁 상태로 유지할 방법을 찾을 수 없었기 때문에 실패했습니다. 몰리가 일단 표면에 붙어 움직임이 없으면 점차 축적됩니다. 검은 슬러지가 오일 팬에 모이기 때문에 현탁액에서 Moly가 분리되는 것을 쉽게 알 수 있었습니다. 엔진에서는 크랭크 케이스 또는 막힌 오일 경로 및 필터에 고정, 축적됩니다.

엔지니어는 이러한 장애물을 극복했습니다. 그들은 Moly를 계속적으로 현탁 상태로 유지하고 필터에 여과되지 않는 공정을 개발했습니다. 그 이후로 이 제품은 수년간 실험실 및 현장에서 광범위한 독립 테스트를 거쳤으며 오늘날 엔진의 엄격한 요구 사항을 충족하는지 확인했습니다. 마찰을 감소시켜 열을 감소시키는 몰리 (Moly)의 코팅작용으로 링의 탄소 축적을 방지하고 블로바이를 방지하며 배출을 줄이며 오일 수명을 연장시킵니다.

몰리브덴 이황화물의 과학적 토대는 산업계에서 잘 확립되어 있습니다. 과학 및 산업 관련문헌은 Molybdenum Disulfide(MoS2)를 콜로라도, 아이다 호 및 남미에서 상업적으로 채굴된 자연적으로 발생하는 비교적 불활성이고 화학적으로 안정하며 실질적으로 비 부식성이며 독성이 없는 광물로 정의합니다. 이 물질은 지상에서 추출되어 다른 물질과 분리되어 세척, 분쇄 정제 및 점차 미세한 메쉬 스크린을 통해 다른 크기의 입자로 분리됩니다.

* Super Fine 등급 Moly는 99.7 % (보장 98 %)입니다. 입자 크기는 0.05 ~ 8 미크론 (중앙 1.5) 미만입니다. 기술 등급 입자 크기 : 1 ~ 100 미크론 (중앙 30.0). (l 미크론 = l 백만 분의 1 미터). 자동차 첨가제로는 Super Fine 등급의 Moly를 사용해야 됩니다. 그러나 예전에 일부 제품은 낮은 등급의 Moly를 사용하였고 필터가 막히는 증상이 보고되었습니다. 참고로 대부분의 자동차 오일 필터는 25 미크론 이상 사이즈의 입자를 필터링합니다.

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MoS2의 장점은 고온, 고압인 환경에서 사용하기 적절하고 강력한 밀봉효과로 블로바이를 차단할 수 있고 윤활성능이 개선되어 출력, 연비에 도움을 줄 수 있고 드라이 스타트를 방지하고 내 부식성층 형성 등 다른 성분의 첨가제들이 내세우는 장점과 비슷합니다.

MoS2 첨가제의 단점은

몰리브덴의 부작용이 최초로 보고된 것은 1962. 8. 15 미육군 보고서(문서번호 : 291052)입니다. 이 보고서에는 몰리브덴의 부식성에 대한 위험이 언급되어 있었고 미육군은 몰리브덴 사용을 중지시킵니다.

현재 MoS2를 가장 많이 사용하는 브랜드는 리퀴몰리이고 MoS2에 관한 특허출원(1957년)을 할 정도로 MoS2에 대해 열정적인 회사입니다. 리퀴몰리社의 제품에 관심이 있는 분이라면 리퀴몰리에서 MoS2를 첨가한 엔진오일이 몇 종 있다는 것을 아실 것입니다. 그러나 엔진오일에 단순히 MoS2를 블랜딩하는 것이 아니고 특수한 공정을 거친다고 밝히고 있습니다. 즉, 엔진오일에 MoS2를 블랜딩하여 안정적인 현탁액 상태로 만들기 위해서는 특수한 공정이 있어야 되고 단순히 엔진오일에 MoS2를 블랜딩하면 안정적인 현탁액 상태가 아닌 불안정한 상태가 되어 침전이 발생할 수 있다는 것입니다. 그리고 MoS2가 블랜딩 된 엔진오일은 OEM(자동차제조사) 승인규격을 하나도 취득하지 못했습니다. 이는 OEM이 납득할 MoS2의 안전성에 대한 확실한 근거가 없다는 주장이 있지만 사실 OEM은 고체 불용성 미립자 성분에 대해서는 원칙적으로 규격승인, 보증을 하지 않기 때문입니다.

지금까지 MoS2첨가제의 문제로 많이 발생한 것은 오일라인 막힘 또는 퇴적, 오일필터 막힘, 크랭크 케이스에 MoS2 다량 퇴적입니다. 이는 MoS2의 물성 때문입니다. MoS2입자는 서로 붙으려는 성질이 있고 위에서 언급했듯 안정된 현탁액 상태가 아니라 엔진이 정지하면 엔진오일과 분리되어 버리기 때문입니다. 이를 분산제 등으로 어느 정도 해결을 했지만 완벽하지는 않습니다.      

Liqui Moly(리퀴몰리)라는 이름에서도 알 수 있듯이 리퀴몰리는 MoS2에 대해서는 선두주자입니다. 리퀴몰리에서 사용하는 MOS2입자의 크기는 0.3 미크론 미만입니다. 한때 마약이라고 불렸던 프로피카 MOS2는 0.4 미크론이고 현재 시판되는 다른 브랜드들도 0.5~1.2 미크론 수준입니다. 일반적인 오일필터들의 필터링은 25 미크론이고 OEM에서 일반적으로 오일 오염으로 발생하는 슬러지 등의 여과 허용 가능치는 10~15 미크론입니다.

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MoS2는 여러 가지를 고려해야 하는 성분입니다. 하나, 입자가 실제로 1 미크론 이하이고 신뢰할 수 있는 곳에서 가공되어 나온 것이어야 합니다. 둘, MoS2는 채굴된 물질로서 형성되는 지질 조건에 종속되기 때문에 고품질의 채굴장에서 채굴된 것이어야 합니다. 셋, MoS2는 까다로운 성분이기에 단순히 MoS2 공급자에게 받아서 패키징만 하는 업체가 아닌 가공 노하우가 있는 업체의 제품이어야 부작용을 최소화할 수 있습니다. WS2(이황화텅스텐)을 원료로 하는 제품과 조건이 비슷합니다.

WS2는 언급하지 않으려고 했는데 유사점이 많아서 MOS2와 같이 언급하겠습니다.

WS2와 마찬가지로 MoS2는 접촉하는 거의 모든 내부 표면을 코팅한다는 주장이 있는데 필자는 단순히 마찰 표면만 코팅한다는 논문을 여러 번 읽었습니다. 그래서 마찰표면만 코팅하는 것이고 다른 부분은 코팅이 아니라 침전이나 단순히 흘러간다고 생각합니다.

고체 윤활제의 현재 기술단계는 표면적과 반응성이 증가함에 따라 0.1 미크론 미만의 실제 나노 크기로 작아졌다는 것입니다. 나노 크기에서는 MoS2보다 약 50% 더 많은 질량을 갖는 WS2조차도 별도의 분산제 없이 현탁액 상태로 유지될 수 있습니다. Nano WS2는 Miller's Oil, Archoil 등의 브랜드에서 사용하고 있습니다. Nano MoS2는 현재 시판된 제품이 몇 종 있고 시장이 더 커질지는 모르겠습니다. Nano MoS2 제품은 기회가 된다면 기존 MoS2제품과 비교를 해봐야 되겠습니다.

끝으로 MoS2첨가제를 사용할 때 주의점은

1. 가능한 신차에는 사용하지 않는 것이 좋습니다. 보증기간이 지난 차량에 권합니다.

2. 가능한 거의 매일 주행하는 차량에 사용해야 침전이 발생하지 않습니다. 가끔 사용하는 세컨카에는 사용하지 않는 것이 좋습니다.

3. 제품을 가능한 유온이 정상상태일 때 주입하고 주입 후 10분 이상 공회전을 하거나 주행을 하십시오. 주입 전 흔들어 주어야 됩니다.

4. 정기적으로 관리를 하지 않은 차량의 경우 플러싱 후 사용을 하거나 사용하지 마십시오. 엔진에 있는 슬러지와 MoS2 입자가 뭉쳐서 문제를 발생시킵니다.

5. 적정량을 주입하십시오. 제품사용설명에는 3~5L에 한 병(캔)이라고 적시한 제품들이 많은데 3L와 5L는 차이가 큽니다. 5L에 쓸 수 있는 제품을 3L에 주입한다면 엔진내부에 MoS2 여분이 남아 결국 침전됩니다. 그렇기에 이런 경우 5L를 최대치로 삼아 ml/L를 계산해서 주입하시길 바랍니다.

용량한계로 글을 많이 줄이다보니 가독성이 떨어지고 주요쟁점 등 빠진 부분이 있습니다